KR20100061134A - Method of fabricating nitride semiconductor light emitting device and nitride semiconductor light emitting device fabricated thereby - Google Patents
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본 발명은 질화물 반도체 발광소자의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저빔을 조사하여 광 방출면에 복수 개의 홀로 이루어진 요철 패턴을 형성함으로써 광추출 효율이 향상될 수 있는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device and to a nitride semiconductor light emitting device manufactured by the method, and more particularly, light extraction efficiency by forming a concave-convex pattern consisting of a plurality of holes on the light emitting surface by irradiating a laser beam. The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device which can be improved, and to a nitride semiconductor light emitting device manufactured by the method.
최근, 질화물 반도체 발광소자는 청색 또는 녹색 등의 단파장광을 포함한 넓은 파장대역의 광을 생성할 수 있는 발광소자로서, 기존의 단순한 디스플레이나 휴대용 액정 디스플레이용 시장에서 벗어나 점점 LCD BLU(Back Light Unit), 신호등, 공항 활주로의 안내등, 항공기나 자동차의 조명등, 지향성이 높은 독서등 등의 다양한 분야에서 크게 각광받고 있다.Recently, a nitride semiconductor light emitting device is a light emitting device capable of generating light of a wide wavelength band including short wavelength light such as blue or green, and is gradually moving away from the market for conventional simple displays or portable liquid crystal displays. It is widely spotlighted in various fields such as traffic lights, guides for airport runways, lights for aircraft and automobiles, highly directional reading lights, and the like.
이러한 질화물 반도체 발광소자에 있어서, 가장 이슈가 되고 있는 문제는 낮은 발광 효율이다. 일반적으로 질화물 반도체 발광소자의 광효율은 내부양자효율(internal quantum efficiency)과 광추출 효율(light extraction efficiency, 또는 외부양자효율이라고도 함)에 의해 결정된다. 특히, 광추출 효율은 발광소자의 광학적 인자, 즉 각 구조물의 굴절률 및 계면의 평활도(flatness) 등에 의해 결정된다.In such a nitride semiconductor light emitting device, the most problematic problem is low luminous efficiency. In general, the light efficiency of a nitride semiconductor light emitting device is determined by internal quantum efficiency and light extraction efficiency (also called external quantum efficiency). In particular, the light extraction efficiency is determined by the optical factors of the light emitting device, that is, the refractive index of each structure and the flatness of the interface.
광추출 효율 측면에서 질화물 반도체 발광소자는 근본적인 제한사항을 가지고 있다. 즉, 반도체 발광소자를 구성하는 반도체층은 외부 대기나 기판에 비해 큰 굴절률을 가지므로, 광의 방출가능한 입사각 범위를 결정하는 임계각이 작아지고, 그 결과 활성층으로부터 발생된 광의 상당부분은 내부 전반사되어 실질적으로 원하지 않은 방향으로 전파되거나 소자 내부를 이동(travelling)하다가 열로 쇠하여(decay) 결과적으로 소자에서 발생하는 열 발생량을 늘리고 소자의 효율을 낮게 하며, 소자의 수명을 줄이는 결과를 초래한다. 또한, 전반사 과정에서 손실되어 광추출 효율이 낮을 수 밖에 없다.In terms of light extraction efficiency, nitride semiconductor light emitting devices have fundamental limitations. That is, since the semiconductor layer constituting the semiconductor light emitting device has a larger refractive index than the external atmosphere or the substrate, the critical angle that determines the range of incidence angles of light emission becomes small, and as a result, a large portion of the light generated from the active layer is totally internally reflected and substantially Propagating in unwanted directions or traveling inside the device and then decaying it, resulting in increased heat generation from the device, lower device efficiency, and reduced device life. In addition, the light extraction efficiency is low due to the loss in the total reflection process.
이러한 문제를 해결하기 위해, 광추출 효율을 높이기 위한 방법으로, 플립칩(Flip chip) 구조를 채택하여 광방출면인 전면과 반대면으로 방출되는 광을 후면 반사막을 이용하여 앞쪽으로 반사시키고, 이전의 p형 전극의 낮은 투과율로 인해 감소되었던 광을 살려 추출 효율을 40%까지 향상시켰으나, 내부 전반사에 의한 광추출 효율 감소 문제는 여전히 남아 있다.In order to solve this problem, as a method for improving the light extraction efficiency, the flip chip (Flip chip) is adopted to reflect the light emitted to the front and the opposite surface, which is the light emitting surface to the front using the rear reflecting film, Although the extraction efficiency was improved to 40% by utilizing light that was reduced due to the low transmittance of the p-type electrode, the problem of light extraction efficiency reduction due to total internal reflection remains.
또한, 광이 외부로 투과되는 면에 요철 패턴을 형성하는 방안이 제안되었으며, 요철 패턴을 형성하는 방법으로는 n형 질화물 반도체층에 반응성 이온 식각(RIE) 등을 적용하는 것이 일반적이나, 이 경우, 요철 패턴 주변 영역이 플라즈마 손상을 입어 여전히 광추출 효율이 저하되는 문제점이 존재한다.In addition, a method of forming an uneven pattern on a surface through which light is transmitted to the outside has been proposed. As a method of forming the uneven pattern, reactive ion etching (RIE) or the like is generally applied to an n-type nitride semiconductor layer. In addition, there is a problem that the region around the uneven pattern suffers from plasma damage and the light extraction efficiency is still lowered.
또한, 기존의 질화물 반도체 발광소자의 광추출 효율을 높이기 위해 플립칩 구조에서 사파이어 표면에 패턴을 형성하기 위해서는, 430㎛ 이상의 두께의 사파이어를 연마(lapping and polishing) 공정을 통하여 80~150㎛ 두께로 형성해야 하고, 이러한 사파이어 뒷면에 포토 마스킹 공정을 통해 패터닝하여야 하므로 공정이 어렵고 수율이 낮은 문제점이 있다. 또한, 패터닝을 위해 ICP와 같은 건식 식각 또는 습식 식각(Wet etching)시 요철의 깊이 조절이 어렵고, 요철의 깊이를 깊게 하는 공정에서 소자부분에 손상(damage)을 줄 수 있다. 즉, 패턴 형성을 위해서는, 사진 식각, 건식 식각, 습식 식각 등의 추가 공정을 필요로 하므로 전체 공정 시간을 증가시켜 비용을 증가시키는 문제점이 있다.In addition, in order to form a pattern on the surface of the sapphire in the flip chip structure in order to increase the light extraction efficiency of the conventional nitride semiconductor light emitting device, sapphire with a thickness of 430㎛ or more to a thickness of 80 ~ 150㎛ through lapping and polishing process It should be formed, and because the patterned through the photo masking process on the back of the sapphire has a problem that the process is difficult and the yield is low. In addition, it is difficult to control the depth of the unevenness during dry etching or wet etching such as ICP for patterning, and may damage the device part in the process of deepening the unevenness. That is, in order to form a pattern, an additional process such as photolithography, dry etching, wet etching, and the like is required, thereby increasing costs by increasing the overall process time.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 성장용 기판에 복수 개의 홀로 이루어진 요철 패턴을 형성함에 있어서 레이저빔의 조사를 이용함으로써 요철 패턴의 형성 공정을 단순화하여 전체 제조 공정 시간을 단축할 수 있고, 이로 인해 제조 단가를 낮추고, 양산성 및 수율을 개선할 수 있는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공하는 데 있다. The present invention is to solve the above-described problems, an object of the present invention is to simplify the process of forming the uneven pattern by using the irradiation of the laser beam in forming the uneven pattern consisting of a plurality of holes in the growth substrate for the entire manufacturing process time The present invention provides a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device which can shorten the manufacturing cost, thereby lowering the manufacturing cost, and improving mass productivity and yield.
또한, 본 발명의 다른 목적은 레이저빔의 조사에 의해 성장용 기판에 복수 개의 홀로 이루어진 요철 패턴을 형성함으로써 광추출 효율이 향상될 수 있는 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device which can improve the light extraction efficiency by forming a concave-convex pattern consisting of a plurality of holes in the growth substrate by irradiation of a laser beam.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device manufactured by the method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은 성장용 기판의 일면에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 위에 제1도전형 질화물층, 활성층 및 제2도전형 질화물층이 순차 적층된 발광구조물을 형성하는 단계; 상기 발광구조물 중 상기 제1도전형 질화물층의 일부 영역 이 노출되도록 메사 식각하는 단계; 상기 노출된 제1도전형 질화물층의 일부 영역 및 상기 제2도전형 질화물층 위에 각각 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극을 형성하는 단계; 및 상기 성장용 기판의 타면에 레이저빔을 조사하여 복수 개의 홀을 형성하는 단계;를 포함한다.Method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a buffer layer on one surface of the growth substrate; Forming a light emitting structure in which a first conductive nitride layer, an active layer, and a second conductive nitride layer are sequentially stacked on the buffer layer; Mesa etching a portion of the first conductive nitride layer of the light emitting structure to be exposed; Forming a first conductive electrode and a second conductive electrode on a portion of the exposed first conductive nitride layer and the second conductive nitride layer, respectively; And forming a plurality of holes by irradiating a laser beam to the other surface of the growth substrate.
이때, 상기 성장용 기판은 사파이어, AlN, GaN 및 SiC 중 적어도 어느 하나의 재료로 이루어진 기판인 것을 특징으로 한다. At this time, the growth substrate is characterized in that the substrate made of at least one material of sapphire, AlN, GaN and SiC.
상기 성장용 기판의 타면에 레이저빔을 조사하여 복수 개의 홀을 형성하는 단계는, 226nm ~ 900nm 파장 대역의 레이저빔을 사용하여 수행되며, 또한, 상기 성장용 기판의 타면에 레이저빔을 조사하여 복수 개의 홀을 형성하는 단계는, 상기 홀을 상기 성장용 기판의 두께 대비 5 ~ 10% 의 깊이로 형성하며, 또한, 상기 성장용 기판의 타면에 레이저빔을 조사하여 복수 개의 홀을 형성하는 단계는, 상기 홀의 끝단을 첨예(尖銳)한 형상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.Forming a plurality of holes by irradiating a laser beam on the other surface of the growth substrate is performed using a laser beam of 226nm ~ 900nm wavelength band, and also by irradiating a laser beam on the other surface of the growth substrate The forming of the two holes may include forming the holes at a depth of 5 to 10% of the thickness of the growth substrate, and forming a plurality of holes by irradiating a laser beam to the other surface of the growth substrate. And the end of the hole is formed in a sharp shape.
상기 발광구조물 중 상기 제1도전형 질화물층의 일부 영역이 노출되도록 메사 식각하는 단계 후에, 상기 제2도전형 질화물층 위에 반사전극층을 형성하는 단계;를 더 포함하며, 또한, 상기 성장용 기판의 타면에 레이저빔을 조사하여 복수 개의 홀을 형성하는 단계 후에, 상기 성장용 기판의 타면에 반사금속층을 형성하는 단계;를 더 포함하며, 상기 반사금속층은 Ag, Al, Rh, Ru, Au, Cu, Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In 및 Mo로 구성된 그룹으로부터 션택된 적어도 1종의 금속층 또는 그 합금층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.And forming a reflective electrode layer on the second conductive nitride layer after mesa etching so that a portion of the first conductive nitride layer of the light emitting structure is exposed. After forming a plurality of holes by irradiating a laser beam on the other surface, forming a reflective metal layer on the other surface of the growth substrate; The reflective metal layer further comprises Ag, Al, Rh, Ru, Au, Cu And at least one metal layer selected from the group consisting of Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In and Mo or an alloy layer thereof.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 의해 제조된 질화물 반도체 발광소자는, 일면 및 상기 일면과 대향되는 타면을 가지며, 상기 타면에 레이저빔의 조사에 의해 복수 개의 홀이 형성된 성장용 기판; 상기 성장용 기판의 일면 위에 제1도전형 질화물층, 활성층 및 제2도전형 질화물층을 순차 적층하여 형성되되, 상기 제1도전형 질화물층이 노출되도록 상기 활성층 및 상기 제2도전형 질화물층이 형성된 발광구조물; 및 상기 제1도전형 질화물층 및 상기 제2도전형 질화물층 각각에 형성된 제1도전형 및 제2도전형 전극;을 포함한다.Meanwhile, the nitride semiconductor light emitting device manufactured by the method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to an aspect of the present invention has one surface and the other surface opposite to the one surface, and a plurality of holes are formed on the other surface by irradiation of a laser beam. A growth substrate formed; The first conductive nitride layer, the active layer, and the second conductive nitride layer are sequentially stacked on one surface of the growth substrate, and the active layer and the second conductive nitride layer are exposed to expose the first conductive nitride layer. A light emitting structure formed; And first and second conductive electrodes formed on the first conductive nitride layer and the second conductive nitride layer, respectively.
이때, 상기 제1도전형 전극은, 상기 발광구조물 중 메사 식각에 의해 노출된 제1도전형 질화물층의 일부 영역 위에 형성되며, 상기 성장용 기판은 사파이어, AlN, GaN 및 SiC 중 적어도 어느 하나의 재료도 이루어진 기판인 것을 특징으로 한다.In this case, the first conductive electrode is formed on a portion of the first conductive nitride layer exposed by mesa etching of the light emitting structure, and the growth substrate is formed of at least one of sapphire, AlN, GaN, and SiC. The material is also made of a substrate.
상기 홀은 상기 성장용 기판의 두께 대비 5 ~ 10% 의 깊이로 형성되며, 상기 홀의 끝단은 첨예(尖銳)한 형상인 것을 특징으로 한다.The hole is formed to a depth of 5 to 10% of the thickness of the growth substrate, the end of the hole is characterized in that a sharp shape.
상기 성장용 기판의 일면과 상기 발광구조물 사이에 형성된 버퍼층;을 더 포 함하며, 또한, 상기 제2도전형 질화물층 위에 형성된 반사전극층;을 더 포함하며, 또한, 상기 성장용 기판의 타면에 형성된 반사금속층;을 더 포함하며, 상기 반사금속층은 Ag, Al, Rh, Ru, Au, Cu, Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In 및 Mo로 구성된 그룹으로부터 션택된 적어도 1종의 금속층 또는 그 합금층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.A buffer layer formed between one surface of the growth substrate and the light emitting structure; and further, a reflective electrode layer formed on the second conductive nitride layer; and further formed on the other surface of the growth substrate. And a reflective metal layer, wherein the reflective metal layer is at least one metal layer selected from the group consisting of Ag, Al, Rh, Ru, Au, Cu, Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In, and Mo or It is characterized by consisting of an alloy layer.
본 발명에 따르면, 성장용 기판에 레이저빔의 조사에 의해 복수 개의 홀로 이루어진 요철 패턴을 형성함으로써 계면에서의 전반사를 줄이고, 산란을 크게 하여 광추출 효율을 향상시킴으로써 발열율을 감소시킬뿐만 아니라, 광출력을 높일 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, by forming a concave-convex pattern consisting of a plurality of holes on the growth substrate by irradiation with a laser beam, the total reflection at the interface is reduced, the scattering is increased to improve the light extraction efficiency, thereby reducing the heat generation rate, The effect is to increase the output.
또한, 본 발명에 따르면, 성장용 기판에 레이저빔의 조사에 의해 복수 개의 홀로 이루어진 요철 패턴을 형성함으로써 전체 제조 공정을 단순화시킴으로써 제조 단가를 낮추고, 양산성 및 수율을 개선하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by forming a concave-convex pattern consisting of a plurality of holes by the irradiation of the laser beam on the growth substrate, thereby simplifying the entire manufacturing process, there is an effect of lowering the manufacturing cost, and improves productivity and yield.
또한, 본 발명에 의하면, 성장용 기판에 레이저빔의 조사에 의해 복수 개의 홀로 이루어진 요철을 형성할 경우, 사용되는 레이저빔의 파장 대역을 조절함으로써 홀의 깊이 제어가 용이한 효과가 있다.Further, according to the present invention, when the unevenness consisting of a plurality of holes is formed on the growth substrate by irradiation of a laser beam, the depth of the hole can be easily controlled by adjusting the wavelength band of the laser beam to be used.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 명세서에 첨부된 도면의 구성요소들은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소되어 도시되어 있을 수 있음이 고려되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. In addition, it should be considered that elements of the drawings attached to the present specification may be enlarged or reduced for convenience of description.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다. 여기서, 질화물 반도체 발광소자의 제조방법은 소정의 웨이퍼를 이용하여 복수 개로 제조되나, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 한 개의 발광소자만을 제조하는 방법을 도시하고 있다. 1 is a side cross-sectional view for each process for explaining a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention. Here, a method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device is manufactured in plural using a predetermined wafer, but FIG. 1 illustrates a method of manufacturing only one light emitting device for convenience of description.
먼저, 도 1 (a)에 도시된 바와 같이, 성장용 기판(110)의 일면에 버퍼층(120)을 성장시킨다. 이 버퍼층(120)은 성장용 기판(110)과 에피층의 격자부정합을 완충하기 위한 층으로, 언도프된 GaN으로 형성된다. First, as shown in FIG. 1A, the
여기서, 성장용 기판(110)은 사파이어, AlN, GaN 및 SiC 중 적어도 어느 하나의 재료로 이루어진 기판일 수 있다.Here, the
이어서, 도 1 (b)에 도시된 바와 같이, 성장용 기판(110)의 일면에 버퍼층(120)이 형성되면, 이 버퍼층(120) 위에 발광구조물(130)을 성장시킨다. 여기서, 발광구조물(130)은 제1도전형 질화물층(131), 활성층(133) 및 제2도전형 질화물층(135)이 순차적으로 적층되도록 형성된 구조물이며, 상기 발광구조물(130)은 제1도전형 질화물층(131)이 버퍼층(120)에 접하도록 형성된다. Subsequently, as shown in FIG. 1B, when the
그리고, 본 일 실시 형태에서, 발광구조물(130)을 이루는 제1도전형 및 제2도전형 질화물층(131, 135)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 제1도전형 불순물 및 제2도전형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 대표적으로, GaN, AlGaN, InGaN이 있다. 또한, 제1도전형 불순물로 Si, Ge, Se, Te 또는 C 등이 사용될 수 있으며, p형 불순물로는 Mg, Zn 또는 Be 등이 대표적이다. In the present exemplary embodiment, the first conductive type and the second conductive
그리고, 활성층(133)은 전자와 정공의 재결합에 의해 광이 발생하는 층으로서, 단일 또는 다중 양자 우물 구조를 갖는 질화물 반도체층으로 구성될 수 있다. 본 실시 형태에서는 질화물 반도체를 사용하였으나, 이에 제한되지 않으며, 당 기술 분야에서 공지된 다른 종류의 반도체 물질도 얼마든지 사용 가능하다.The
이러한 제1도전형 질화물층(131), 활성층(133) 및 제2도전형 질화물층(135) 은 유기금속 기상증착법(MOCVD), 분자빔성장법(MBE) 및 하이드라이드 기상증착법(HVPE)등으로 성장될 수 있다. The first
이어서, 도 1 (c)에 도시된 바와 같이, 버퍼층(120) 위에 발광구조물(130)이 형성되면, 이 발광구조물(130) 중 제1도전형 질화물층(131)의 일부 영역(137)이 노출되도록 메사 식각한다. 그 후에, 제1도전형 질화물층(131)의 노출된 일부 영역(137) 및 제2도전형 질화물층(135) 위에 각각 제1도전형 전극(150) 및 제2도전형 전극(140)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1C, when the
한편, 따로 도시하지는 않았으나, 상기 제2도전형 질화물층(135) 위에 제2도전형 전극(140)을 형성하기 전에, 제2도전형 질화물층(135) 위에 반사금속층(미도시)을 형성하는 공정을 더 포함할 수도 있다. 반사금속층은 본 발명에서 반드시 필요한 구성 요소는 아니지만, 제2도전형 질화물층(135)과의 오믹컨택 기능과 더불어 활성층(133)에서 발광된 광을 제1도전형 질화물층(131) 방향으로 반사하는 기능을 수행하여 발광 효율에 기여할 수 있다. Although not shown separately, before forming the second
이를 위해 반사금속층은 90% 이상의 반사율을 갖는 것이 바람직하며, 예를 들면, Ag, Al, Rh, Ru, Pt, Au, Cu, Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In 및 Mo로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 금속층 또는 합금층이 있을 쑤 있으며, 더옥 바람직하게는 높은 반사율을 갖는 Ag, Al 및 그 합금이 사용될 수 있다.For this purpose, the reflective metal layer preferably has a reflectance of 90% or more, for example, from the group consisting of Ag, Al, Rh, Ru, Pt, Au, Cu, Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In and Mo. There may be at least one metal layer or alloy layer selected, more preferably Ag, Al and alloys thereof, which preferably have high reflectance.
이어서, 도 1 (d)에 도시된 바와 같이, 메사 식각에 의해 노출된 제1도전형 질화물층(131)의 일부 영역(137) 및 제2도전형 질화물층(135) 위에 각각 제1도전형 전극(150) 및 제2도전형 전극(140)을 형성한 다음, 성장용 기판(110)의 타면에 레이저빔(160)을 조사하여 성장용 기판(110)의 두께 대비 5 ~ 10% 의 깊이로 복수 개의 홀(170)을 형성한다. 즉, 성장용 기판(110)의 타면에 레이저빔(160)의 조사를 통해 복수 개의 홀(170)로 이루어진 요철 패턴을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1D, the first conductive type is disposed on the
이때, 형성되는 홀(170)의 깊이 및 폭은 레이저빔(160)의 강도 및 폭에 따라 조절할 수 있으며, 홀(170)의 폭 및 간격은 0.5 ~ 10 ㎛의 크기로 형성된다. At this time, the depth and width of the
또한, 홀(170)은 그 끝단이 첨예(尖銳)한 형상, 즉, 끝단으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가지며, 홀(170)의 밑면은 레이저빔의 조사에 의해 식각되는 비결정면이다. 즉, 레이저빔을 이용하여 홀(170)의 끝단을 첨예한 형상으로 형성함으로써, 성장용 기판(110)과 외부 물질의 굴절률 차이에 의한 내부 전반사를 줄일 수 있다. In addition, the
여기서 레이저빔(160)의 폭과 강도를 성장용 기판(110)의 물성과 얻고자 하는 홀(170)의 치수에 맞춰 조절하여 성장용 기판(110)의 타면에 조사함으로써, 레이저빔(160)이 기판 표면에 원하는 치수의 홀들을 형성하게 되고, 기판 표면에 전 체적으로 요철 패턴이 형성된다. 이렇게 형성되는 요철 패턴은 규칙적으로 형성되는 것으로 도시하였지만, 불규칙적으로 형성될 수 있다.The laser beam 160 is irradiated on the other surface of the
그리고, 홀(170) 형성시, 레이저빔을 한번 조사하여 형성할 수도 있으나, 레이저빔의 강도가 강하면 성장용 기판(110)에 손상(damage)을 주므로 약한 강도로 여러 번 반복하여 홀(170)을 형성하는 것이 바람직하며, 이로써 홀(170)의 깊이도 조절할 수 있다. And, when the
또한, 성장용 기판(110)에 조사되는 레이저빔(160)은 226nm ~ 900nm 파장 대역의 레이저를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 UV 대역의 레이저의 경우 그 세기가 강하여 성장용 기판에 손상(damage)을 발생할 수 있기 때문에, IR 대역의 레이저를 사용하는 것이 좋다.In addition, the laser beam 160 irradiated to the
그리고, 도시되지는 않았지만, 먼저 레이저빔을 성장용 기판에 조사하여 복수 개의 홀을 가공해 요철 패턴을 형성한 후, 각 소자 크기로 다이싱(dicing) 공정을 수행할 수 있다. 이때, 레이저빔을 이용한 소자 분리 공정시, 종래의 마스크를 이용한 패터닝 방법과는 달리, 레이저빔을 이용한 다이싱 공정과 함께 요철 패턴을 형성할 수 있으므로 리드-타임(lead time)을 줄일 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있고, 용이하게 홀의 깊이를 조절할 수 있어 양산성과 수율을 개선할 수 있다. Although not shown, first, a laser beam is applied to a growth substrate to process a plurality of holes to form an uneven pattern, and then a dicing process may be performed for each device size. In this case, in the device separation process using a laser beam, unlike the conventional patterning method using a mask, the uneven pattern can be formed together with the dicing process using a laser beam, thereby reducing the lead time. The unit price can be lowered, and the depth of the hole can be easily adjusted to improve mass productivity and yield.
이어서, 도 1 (e)에 도시된 바와 같이, 각 소자 크기로 분리된 발광소자에 있어서, 제1도전형 전극(150) 및 제2도전형 전극(140)을 서브 마운트 기판(180)에 접합시켜 플립칩 구조의 질화물 반도체 발광소자를 완성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1E, in the light emitting devices separated into respective device sizes, the first
이와 같이 형성된 질화물 반도체 발광소자는, 활성층(133)에서 생성된 광이 제2도전형 전극(140)에서 반사되어 성장용 기판(110)으로 향하거나, 직접 성장용 기판(110)으로 향할 경우, 성장용 기판(110)에 형성된 홀(170)의 끝단에서 큰 임계각이 제공되어 광을 효과적으로 방출시킨다. 즉, 홀(170)의 끝단은 첨예한 형상으로 형성됨으로써 광의 전반사를 줄일 수 있으며, 또한, 깊게 형성된 홀(170)의 측면은 광이 발산할 수 있는 통로를 제공함으로써 보다 많은 광을 추출할 수 있다. In the nitride semiconductor light emitting device formed as described above, when the light generated in the
도 2는 도 1에서 설명한 본 발명의 일 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 따라 제조된 질화물 반도체 발광소자를 나타낸 측단면도이다. 여기서, 도 1과 동일 부호로 표기된 구성은 그 기능이 동일하므로 동일한 설명은 생략하기로 한다. FIG. 2 is a side cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device manufactured according to the method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the exemplary embodiment of FIG. 1. Here, the configuration denoted by the same reference numerals as FIG. 1 has the same function, and thus the same description will be omitted.
도 2에 도시된 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자는 성장용 기판(110)의 일면에 형성된 버퍼층(120), 버퍼층(120) 위에 형성된 발광구조물(130) 및 발광구조물(130) 위에 형성된 제1도전형 및 제2도전형 전극(150, 140)으로 구성되며, 성장용 기판(110)의 타면에는 레이저빔에 의해 복수 개의 홀(170)이 형성되어 있다. 이 때, 질화물 반도체 발광소자는 서브 마운트 기판(180) 위에 제1도전형 및 제2도전형 전극(150, 140)이 접합된 플립칩 구조이다. As shown in FIG. 2, the nitride semiconductor light emitting device includes a
여기서, 성장용 기판(110)은 발광구조물(130)이 형성된 일면과, 상기 일면과 대향되며, 레이저빔의 조사에 의해 홀(170)이 형성된 타면을 갖는다. 이러한 성장용 기판(110)은 절연성 기판이며, 사파이어, AlN, GaN 및 SiC 중 적어도 어느 하나의 재료로 이루어진 기판일 수 있다.Here, the
그리고, 홀(170)은 성장용 기판(110)의 타면, 즉, 광방출면에 형성되며, 이러한 광방출면에 형성된 광추출용 홀(170)은 그 끝단이 첨예(尖銳)한 형상, 즉, 끝단으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가지며, 홀(170)의 밑면은 레이저빔의 조사에 의해 식각되는 비결정면이다. 이때, 홀(170)의 끝단을 첨예한 형상으로 형성됨으로써, 성장용 기판(110)과 외부 물질(예를 들어, 공기)의 굴절률 차이에 의한 전반사를 줄일 수 있다. The
이러한 홀(170)의 형성 깊이는 성장용 기판(110)의 두께 대비 5 ~ 10% 의 깊이로 형성되며, 홀(170)의 폭 및 간격은 0.3 ~ 10㎛ 이내의 크기로 형성된다. The formation depth of the
이와 같이 성장용 기판(110)의 타면에 홀(170)을 형성하면, 활성층(133)에서 발광되는 광이 직접 또는 제2도전형 전극(140)에 반사되어 전반사를 일으키는 각도 범위로 성장용 기판(110)에 투사되더라도 홀(170)에 의해 전반사 없이 성장용 기판(110)으로부터 외부의 공기층 또는 실리콘 및 수지 등의 밀봉제로 투과된다. 따라서, 성장용 기판(110)의 외면과 외부 물질 사이의 굴절률 차이에 의해 성장용 기판(110)의 외면에서 발광구조물(130) 내부로 광이 전반사되어 광손실이 일어나는 것을 방지할 수 있다.When the
그리고, 버퍼층(120)은 성장용 기판(110)과 에피층의 격자부정합을 완충하기 위한 층으로, 언도프된 GaN으로 형성된다. The
그리고, 발광구조물(130)은 버퍼층(120) 위에 제1도전형 질화물층(131), 활성층(133) 및 제2도전형 질화물층(135)을 순차 적층되어 형성된 구조물을 지칭하는 용어이다. 이러한 발광구조물(130)은 버퍼층(120) 위에 순차적으로 제1도전형 질화물층(131), 제1도전형 질화물층(131)의 일부 영역을 노출시키도록 그 위에 형성된 활성층(133) 및 제2도전형 질화물층(135)이 적층되어 형성된다.In addition, the
그리고, 제1도전형 및 제2도전형 전극(150, 140))은 제1도전형 질화물층(131) 및 상기 제2도전형 질화물층(135) 위에 각각 형성되되, 제1도전형 전극(150)은 발광구조물(130) 중 메사 식각에 의해 노출된 제1도전형 질화물층의 일부 영역(137)에 형성된다.In addition, the first conductive type and the second
이와 같이 형성된 질화물 반도체 발광소자는 서브마운트 기판(180)에 제1도전형 및 제2도전형 전극(150, 140)을 접합시켜 장착되고, 전기적으로 연결된다.The nitride semiconductor light emitting device formed as described above is mounted by bonding the first conductive type and the second
도 3은 종래의 요철 패턴과 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 복수 개의 홀로 이루어진 요철 패턴에 따른 광추출 경로를 비교한 측단면도이다.3 is a side cross-sectional view comparing a light extraction path according to a concave-convex pattern consisting of a plurality of holes of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
도 3 (a)에 도시된 바와 같이, 일반적인 포토레지스트를 사용하는 사진 식각 및 건식 식각 방법에 의해 기판(310)에 형성된 요철 패턴의 경우, 요철이 형성된 모든 면이 평면이며, 낮은 깊이를 가지고 있어 활성층으로부터 방출되는 광이 전반사될 확률이 높다.As shown in FIG. 3 (a), in the case of the uneven pattern formed on the
그러나, 도 3 (b)에 도시된 바와 같이, 레이저빔의 조사에 의해 성장용 기판(110)에 형성된 복수개의 홀로 이루어진 요철 패턴의 경우, 홀의 끝 부분이 첨예한 면을 가지게 되어 전반사를 줄일 수 있으며, 홀의 깊이를 통하여 광이 발산할 수 있는 통로가 형성되어 보다 많은 광추출 효과를 가진다. However, as shown in FIG. 3 (b), in the case of the uneven pattern formed of the plurality of holes formed in the
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타낸 측단면도이다. 여기서, 본 발명의 질화물 반도체 발광소자는 플립칩 구조가 아닌 일반적인 수평 구조이다.4 is a side cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention. Here, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention is not a flip chip structure but a general horizontal structure.
도 4에 도시된 바와 같이, 질화물 반도체 발광소자는 성장용 기판(410)의 일면에 형성된 버퍼층(420), 버퍼층(420) 위에 형성된 발광구조물(430) 및 발광구조물(430) 위에 형성된 제1도전형 및 제2도전형 전극(140, 150)으로 구성되며, 성장용 기판(410)의 타면에 레이저빔의 조사를 통해 형성된 복수 개의 홀(470)이 구비되며, 홀(470)이 형성된 성장용 기판(410)의 타면에 반사금속층(480)이 구비된다.As shown in FIG. 4, the nitride semiconductor light emitting device includes a
여기서, 성장용 기판(410)은 발광구조물(430)이 성장되는 일면과, 상기 일면과 대향되며, 레이저빔의 조사에 의해 홀(470)이 형성되는 타면을 갖는다. 이러한 성장용 기판(410)은 절연성 기판이며, 사파이어, AlN, GaN 및 SiC 중 적어도 어느 하나의 재료로 이루어진 기판일 수 있다.Here, the
그리고, 홀(470)은 성장용 기판(410)의 타면에 형성되며, 그 끝단이 첨예(尖銳)한 형상, 즉, 끝단으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가지며, 밑면은 레이저빔의 조사에 의해 식각되는 비결정면이다. 이때, 홀(470)의 끝단을 첨예한 형상으로 형성함으로써, 성장용 기판(410)과 버퍼층(420)의 굴절률 차이에 의한 내부 전반사를 줄일 수 있다. 이러한 홀(470)의 형성 깊이는 성장용 기판(410)의 두께 대비 5 ~ 10% 의 깊이로 형성되며, 홀(470)의 폭 및 간격은 0.3 ~ 10㎛ 이내의 크기로 형성된다. The
이와 같이 성장용 기판(410)의 타면에 홀(470)을 형성하면, 활성층(433)에서 발광되는 광이 직접 또는 제2도전형 전극(440)에서 반사되어 내부 전반사를 일으키는 각도 범위로 성장용 기판(410)으로 투사되더라도 홀(470)에 의해 전반사 없이 광이 산란되고, 산란된 광들이 반사금속층(480)에 의해 반사되어 상면으로 진행하게 된다. When the
그리고, 반사금속층(480)은 홀(170)이 형성된 성장용 기판(410)의 타면에 형성되므로, 그 반사면적이 증가된다. 이로 인해, 성장용 기판(410)의 하면을 향하는 광은 홀(470)에 의해 반사금속층(480)에 보다 많은 양으로 도달되며, 또한, 반사금속층(480)에 도달한 광은 반사금속층(480)의 높은 반사율에 의해 상부를 향하여 진행될 수 있도록 반사되므로 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. Since the
이러한 반사금속층(480)은 90% 이상의 반사율을 갖는 금속이 바람직하며, Ag, Al, Rh, Ru, Pt, Au, Cu, Pd, Cr, Ni, Co, Ti, In 및 Mo로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 금속층 또는 합금층이 있을 수 있으며, 더옥 바람직하게는 높은 반사율을 갖는 Ag, Al 및 그 합금이 사용될 수 있다.The
그리고, 버퍼층(420)은 성장용 기판(410)과 에피층의 격자부정합을 완충하기 위한 층으로, 언도프된 GaN으로 형성된다. The
그리고, 발광구조물(430)은 버퍼층(420) 위에 순차적으로 제1도전형 질화물 층(431), 제1도전형 질화물층(431)의 일부 영역을 노출시키도록 그 위에 형성된 활성층(433) 및 제2도전형 질화물층(435)이 순차적으로 적층되어 형성된다.The
그리고, 제1도전형 및 제2도전형 전극(450, 440))은 제1도전형 질화물층(431) 및 상기 제2도전형 질화물층(435) 위에 각각 형성되되, 제1도전형 전극(450)은 발광구조물(430) 중 메사 식각에 의해 노출된 제1도전형 질화물층(431)의 일부 영역(437)에 형성된다.The first and second
한편, 따로 도시하지는 않았지만, 이와 같이 형성된 질화물 반도체 발광소자는 서브마운트 기판(미도시)에 반사금속층(480)을 접합시켜 장착되고, 전기적으로 연결된다.On the other hand, although not shown separately, the nitride semiconductor light emitting device thus formed is mounted by bonding the
상술한 바와 같이, 본 발명은 레이저빔의 조사와 같이 보다 간단한 공정을 통해 성장용 기판에 원하는 깊이와 간격을 갖는 요철 패턴을 형성할 수 있으며, 마스킹 공정이 필요없이 공정을 단순화하여 리드 타임을 단축할 수 있다. 또한, 끝이 뾰족한 형상 및 깊은 깊이의 요철 패턴을 형성함으로써 광출력을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention can form a concave-convex pattern having a desired depth and spacing on the growth substrate through a simpler process such as irradiation of a laser beam, shorten the lead time by simplifying the process without the need for a masking process can do. In addition, the light output can be improved by forming a sharp tip shape and a deep concave-convex pattern.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 따라 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 따라 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사 상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims, and various forms of substitution and modification within the scope without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. And it will be apparent to those skilled in the art that changes are possible.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 측단면도이다. 1 is a side cross-sectional view for each process for explaining a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to one embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에서 설명한 본 발명의 일 실시 형태에 따른 질화물 반도체 발광소자의 제조방법에 따라 제조된 질화물 반도체 발광소자를 나타낸 측단면도이다. FIG. 2 is a side cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device manufactured according to the method of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the exemplary embodiment of FIG. 1.
도 3은 종래의 요철 패턴과 본 발명에 따른 질화물 반도체 발광소자의 복수 개의 홀로 이루어진 요철 패턴에 따른 광추출 경로를 비교한 측단면도이다.3 is a side cross-sectional view comparing a light extraction path according to a concave-convex pattern consisting of a plurality of holes of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 질화물 반도체 발광소자를 나타낸 측단면도이다. 4 is a side cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
Claims (17)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080120032A KR20100061134A (en) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | Method of fabricating nitride semiconductor light emitting device and nitride semiconductor light emitting device fabricated thereby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080120032A KR20100061134A (en) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | Method of fabricating nitride semiconductor light emitting device and nitride semiconductor light emitting device fabricated thereby |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100061134A true KR20100061134A (en) | 2010-06-07 |
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ID=42361957
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020080120032A KR20100061134A (en) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | Method of fabricating nitride semiconductor light emitting device and nitride semiconductor light emitting device fabricated thereby |
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| KR (1) | KR20100061134A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102522465A (en) * | 2011-12-28 | 2012-06-27 | 厦门市三安光电科技有限公司 | Method for manufacturing light emitting diode |
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2008
- 2008-11-28 KR KR1020080120032A patent/KR20100061134A/en not_active Application Discontinuation
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